KR102333192B1 - Inverter using microcontroller - Google Patents

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Abstract

마이크로컨트롤러를 이용한 인버터가 개시된다. 마이크로컨트롤러를 이용한 인버터는, 벅(Buck) 소자, 벅 소자의 출력전압 핀에 일측이 연결되는 인덕터, 출력전압 핀에 일측이 연결되는 제1 다이오드, 인덕터의 타측과 플러스 극이 연결되는 제1 커패시터, 인덕터의 타측과 제1 커패시터의 플러스 극이 연결되어 형성되는 제1 접속점, 벅 소자의 접지 핀, 제1 다이오드의 타측 및 제1 커패시터의 마이너스 극이 연결되어 형성되는 제2 접속점, 제2 접속점에 일측이 연결되고, 타측이 접지와 연결되는 제2 다이오드, 제1 접속점에 콜렉터(collector)가 연결되고, 에미터(emitter)가 접지에 연결되는 트랜지스터 및 트랜지스터의 베이스(base)와는 제1 출력 핀으로 연결되고, 제1 접속점 및 제2 접속점과는 각각 제1 입력 핀 및 제2 입력 핀으로 연결되는 마이크로컨트롤러를 포함하되, 마이크로컨트롤러는, 제1 접속점 및 제2 접속점의 전압값에 따라 제1 출력 핀을 통해 트랜지스터의 스위칭을 제어한다.An inverter using a microcontroller is disclosed. An inverter using a microcontroller includes a buck element, an inductor having one end connected to an output voltage pin of the buck element, a first diode having one end connected to an output voltage pin, and a first capacitor having the other end of the inductor connected to a positive pole. , a first connection point formed by connecting the other side of the inductor and the positive pole of the first capacitor, a ground pin of the buck element, a second connection point formed by connecting the other side of the first diode and the negative pole of the first capacitor, a second connection point a second diode having one side connected to the , the other side connected to the ground, a collector connected to the first connection point, a transistor having an emitter connected to the ground, and a first output with the base of the transistor a microcontroller connected by a pin and connected to the first connection point and the second connection point by a first input pin and a second input pin, respectively, wherein the microcontroller is configured to: 1 Controls the switching of the transistor through the output pin.

Description

마이크로컨트롤러를 이용한 인버터{Inverter using microcontroller}Inverter using microcontroller

본 발명은 전자기기에 구비되는 전원회로에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전자기기에 전원공급을 위하여 구비되는 마이크로컨트롤러를 이용한 인버터에 관한 것이다.The present invention relates to a power circuit provided in an electronic device, and more particularly, to an inverter using a microcontroller provided to supply power to an electronic device.

모든 전자기기는 필수적인 구성요소로서 전원회로를 구비한다. 즉, 전자기기가 동작하기 위해서는, 해당 전자기기에 적합한 전력을 공급하는 전원회로가 반드시 필요하다. 예를 들면, 스마트폰은 충전기가 필요하고, 컴퓨터는 내부에 전원장치가 내장되고, 모니터는 별도의 전원 어댑터를 이용한다. 즉, 전자기기 1대당 적어도 하나의 전원회로가 구비될 수 있다.All electronic devices have a power supply circuit as an essential component. That is, in order for the electronic device to operate, a power supply circuit for supplying power suitable for the corresponding electronic device is absolutely necessary. For example, a smartphone requires a charger, a computer has a built-in power supply, and a monitor uses a separate power adapter. That is, at least one power circuit may be provided per one electronic device.

과거의 전원회로는 부품이 저렴하고 비교적 간단한 리니어 타입이었으나, 전력효율이 매우 낮아 최근에는, 대부분 스위칭 전원회로가 사용되고 있다. 스위칭 전원회로는 절연형과 비절연형으로 구분되고, 비절연형 스위칭 전원회로에는, 전압을 낮추는 벅(Buck) 회로, 전압을 상승시키는 부스터(Booster) 회로, 마이너스(minus) 전압을 생성하는 인버터(Inverter) 회로가 있다.In the past, power circuits were of a relatively simple linear type with inexpensive components, but recently, switching power circuits are mostly used because of their very low power efficiency. The switching power circuit is divided into an isolated type and a non-isolated type. In the non-isolated switching power circuit, a buck circuit that lowers the voltage, a booster circuit that increases the voltage, and an inverter that generates a negative voltage ) circuit.

도 1은 절연형 스위칭 전원회로의 예를 나타낸 도면이다.1 is a diagram showing an example of an insulated switching power supply circuit.

절연형 스위칭 전원회로는 도 1과 같이 구성될 수 있으며, 220V와 같은 고전압의 전력을 저전압으로 변환한다.The insulated switching power circuit may be configured as shown in FIG. 1 , and converts power of a high voltage such as 220V to a low voltage.

도 1을 참조하면, 절연형 스위치 전원회로에 고전압의 교류가 입력되면, 입력된 고전압의 교류가 정류회로 및 필터회로를 거쳐 직류로 변환된다. 예를 들어, 220V의 교류가 정류되면, 루트 2배인 약 311V의 직류가 생성될 수 있다. 생성된 직류는 스위칭 트랜지스터를 통해 수 백 kHz 정도의 고주파 교류로 변환된 후, 변압기를 거쳐 원하는 전압으로 변환된다. 원하는 전압으로 변환된 교류는 다시, 쇼트키 다이오드와 같은 고속 다이오드를 이용하여 정류되고, 정류된 교류가 인덕터 및 커패시터로 구성된 필터회로를 거쳐 완전한 저전압 직류가 생성된다.Referring to FIG. 1 , when a high voltage alternating current is input to an insulated switch power circuit, the input high voltage alternating current is converted into direct current through a rectifier circuit and a filter circuit. For example, when an alternating current of 220V is rectified, a direct current of about 311V, which is twice the route, may be generated. The generated direct current is converted into a high-frequency alternating current of several hundred kHz through a switching transistor, and then converted into a desired voltage through a transformer. The AC converted to a desired voltage is rectified again using a high-speed diode such as a Schottky diode, and the rectified AC passes through a filter circuit composed of an inductor and a capacitor to generate a complete low-voltage DC.

이와 같은 도 1의 절연형 스위칭 전원회로는, 고전압 1차측과 저전압 2차측이 변압기에 의하여 전기적으로 절연되므로, 2차측으로 출력되는 전력을 이용하는 사용자 입장에서는 안전한 전원을 얻을 수 있다. 이러한 절연형 스위칭 전원회로는 절연의 안정성에 의하여, 컴퓨터의 전원장치, 휴대폰 충전기, 일반 어댑터 등을 비롯하여, 텔레비전과 같은 일반 가전의 전원에 모두 적용된다.In the insulated switching power circuit of FIG. 1 as described above, since the high voltage primary side and the low voltage secondary side are electrically insulated by a transformer, it is possible to obtain a safe power from the point of view of a user using the power output to the secondary side. Such an insulated switching power circuit is applied to power supplies of computers, cell phone chargers, general adapters, and general home appliances such as televisions, due to insulation stability.

도 1의 절연형 스위칭 전원회로에서, 변압기로부터 출력되는 교류를 정류할 때, 다이오드를 역방향으로 연결하여, 마이너스 전압을 용이하게 획득할 수 있다.In the insulated switching power supply circuit of FIG. 1, when rectifying the AC output from the transformer, the negative voltage can be easily obtained by connecting the diode in the reverse direction.

도 2는 비절연형 스위칭 전원회로의 예를 나타낸 도면이다.2 is a diagram illustrating an example of a non-isolated switching power supply circuit.

도 2를 참조하면, 비절연형 스위칭 전원회로는, 도 1의 절연형 스위칭 전원회로에서, 변압기를 생략한 형태로서, 1차측과 2차측이 절연되지 않기 때문에, 1차측 전압이 비교적 안전한 경우, 예를 들어, 다른 어댑터로부터 출력된 직류를 이용하여 다른 전압의 직류를 생성할 때 사용될 수 있다.Referring to FIG. 2, the non-isolated switching power circuit is a form in which the transformer is omitted from the insulated switching power circuit of FIG. 1, and since the primary side and the secondary side are not insulated, the primary side voltage is relatively safe For example, it can be used to generate a direct current of a different voltage using a direct current output from another adapter.

도 3은 벅(buck) 회로의 예를 나타낸 도면이고, 도 4는 펄스폭 변조(PWM: Pulse Width Modulation) 스위칭의 예를 나타낸 도면이다.3 is a diagram illustrating an example of a buck circuit, and FIG. 4 is a diagram illustrating an example of pulse width modulation (PWM) switching.

비절연형 스위칭 전원회로에는, 입력되는 전류의 전압보다 낮은 전압의 전류를 생성(Step-Down)하는 벅(Buck) 회로, 입력되는 전류의 전압보다 더 높은 전압의 전류를 생성(Step-up)하는 부스터(Booster) 회로, 마이너스(minus) 전압을 생성하는 인버터(Inverter) 회로가 있다. 이러한 비절연형 스위칭 전원회로 중 벅 회로는 도 3과 같이 구성될 수 있다.In the non-isolated switching power supply circuit, a Buck circuit that generates a current of a voltage lower than the voltage of the input current (Step-Down), There is a booster circuit and an inverter circuit that generates a negative voltage. Among these non-isolated switching power circuits, a buck circuit may be configured as shown in FIG. 3 .

도 3을 참조하면, 입력되는 직류의 전압 Vi는 트랜지스터 Q1으로 인가되고, 트랜지스터 Q1은 스위칭 회로의 의하여 스위칭한다. 이때, 스위칭 회로는 도 4에 도시된 바와 같은 펄스폭 변조 파형으로 트랜지스터 Q1을 스위칭할 수 있다.Referring to FIG. 3 , the input DC voltage V i is applied to the transistor Q1, and the transistor Q1 is switched by the switching circuit. In this case, the switching circuit may switch the transistor Q1 with a pulse width modulation waveform as shown in FIG. 4 .

도 4를 참조하면, (a), (b), (c) 3개의 파형은 모두 주파수가 동일하나, 온(on) 시간과 오프(off) 시간이 차이가 있다. 즉, 도 4의 (b)는 온 시간과 오프 시간이 거의 동일하여 평균전압이 중간 정도가 된다. 도 4의 (b)를 기준으로, 도 4의 (a)는 온 시간이 짧고, 오프 시간이 길어 평균전압이 낮아지고, 도 4의 (c)는 온 시간이 길고, 오프 시간이 짧아 평균전압이 높아진다.Referring to FIG. 4 , (a), (b), and (c) three waveforms all have the same frequency, but an on time and an off time are different. That is, in (b) of FIG. 4 , the on time and the off time are almost the same, so that the average voltage is intermediate. 4(b), in FIG. 4(a), the on-time is short and the off-time is long, so the average voltage is low, and in FIG. 4(c), the on-time is long and the off-time is short, so the average voltage this rises

이와 같은 원리에 따라, 스위칭된 전압의 파형은 도 3에서 인덕터 L과 커패시터 C에 의하여 평균화되어 출력전압 Vo로 나타나며, 출력전압 Vo는 입력전압 Vi보다 결코 커질 수 없다. 그리고, 출력전압 Vo는 항상 일정한 전압으로 유지되도록, 검출회로에 피드백되어 목표전압인지 여부가 검출되고, 이에 따라 스위칭 회로가 펄스폭 변조 파형을 조절할 수 있다.In accordance with the same principle, the waveform of the switching voltage is averaged by the inductor L and the capacitor C in Fig. 3 appears as an output voltage V o, an output voltage V o is can never be larger than the input voltage V i. And, so that the output voltage Vo is always maintained at a constant voltage, it is fed back to the detection circuit to detect whether it is a target voltage, and accordingly, the switching circuit can adjust the pulse width modulation waveform.

도 5는 도 3의 벅 회로에서의 다이오드의 역할을 나타낸 도면이다.5 is a diagram illustrating a role of a diode in the buck circuit of FIG. 3 .

도 5를 참조하면, 트랜지스터 Q1이 온 되었을 때, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 전류 Ion은 다이오드 D로 흘러가지 않고 인덕터 L과 커패시터 C에 흘러가 충전됨으로써, 평균전압이 발생한다.Referring to FIG. 5 , when the transistor Q1 is turned on, as shown in FIG. 5A , the current Ion flows into the inductor L and the capacitor C instead of flowing through the diode D to be charged, thereby generating an average voltage.

한편, 트랜지스터 Q1이 오프 되었을 때, 인덕터 L에 흐르는 전류는 관성이 붙어 있어 잠시 동안 계속 흐르려는 성질이 존재한다. 그래서, 만약, 다이오드 D가 없다면, 인덕터 L은 강제적으로 트랜지스터 Q1으로부터 전류를 끌어오려 하므로, 트랜지스터 Q1의 컬렉터에 강력한 마이너스 전압이 형성되어 트랜지스터 Q1이 파손될 수 있다.On the other hand, when the transistor Q1 is turned off, the current flowing through the inductor L has inertia and has a property of continuing to flow for a while. So, if there is no diode D, the inductor L tries to forcibly draw current from the transistor Q1, so a strong negative voltage is formed at the collector of the transistor Q1, which may destroy the transistor Q1.

따라서, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 다이오드 D가 설치되면, 인덕터 L에 남아있는 전류가 원활히 잘 흐르도록 전류 경로가 형성되고, 이에 따라 인덕터 L에 남아있는 전류도 출력용으로 활용됨으로써, 전력 효율도 크게 향상될 수 있다. 여기서, 다이오드 D는, 스위칭 주파수가 수 십 kHz 이상이므로 일반 다이오드가 적용될 수 없고 고속용인 쇼트키 다이오드가 적용될 수 있다.Therefore, when the diode D is installed as shown in FIG. 5(b), a current path is formed so that the current remaining in the inductor L flows smoothly, and the current remaining in the inductor L is also utilized for output. Power efficiency can also be greatly improved. Here, since the diode D has a switching frequency of several tens of kHz or more, a general diode cannot be applied, but a high-speed Schottky diode can be applied.

도 6은 벅 회로의 사용 예로서 차량 시거용 전압 변환기를 나타낸 도면이다.6 is a diagram illustrating a voltage converter for a vehicle cigar as an example of use of a buck circuit.

도 6을 참조하면, 도 6의 (a)는 쇼트키 다이오드, 인덕터, 커패시터 등이 배치된 기판 앞면을 나타내고, 도 6의 (b)는 스위칭 회로와 트랜지스터 등이 모두 함께 내장된 벅 소자가 배치된 기판 뒷면을 나타낸다. 여기서, 벅 소자는 LM2576이라는 IC일 수 있다.Referring to FIG. 6, (a) of FIG. 6 shows the front side of the substrate on which a Schottky diode, an inductor, a capacitor, etc. are disposed, and (b) of FIG. shows the back side of the board. Here, the buck device may be an IC called LM2576.

이와 같은 벅 회로는 입력되는 직류 전압을 더 낮은 전압으로 변환할 때 사용된다. 예를 들어, 벅 회로는, 차량의 일반적인 전압인 12V에서 15V의 직류로부터 5V의 직류를 생성하는 등의 용도로 사용될 수 있다.Such a buck circuit is used to convert an input DC voltage into a lower voltage. For example, the buck circuit may be used for a purpose such as generating a direct current of 5V from a direct current of 12V to 15V, which is a general voltage of a vehicle.

도 7은 인버터(Inverter) 회로의 예를 나타낸 도면이고, 도 8은 도 7의 인버터 회로의 동작을 나타낸 도면이다.7 is a diagram illustrating an example of an inverter circuit, and FIG. 8 is a diagram illustrating an operation of the inverter circuit of FIG. 7 .

도 7을 참조하면, 인버터 회로는 마이너스 전압(-Vo)를 생성한다.Referring to FIG. 7 , the inverter circuit generates a negative voltage (-V o ).

도 8을 참조하면, 트랜지스터 Q1이 온일 경우, 전류는 도 8의 (a)와 같이 인덕터 L을 통해 접지로 흐르며, 이를 통해 인덕터 L에 전류가 충전된다.Referring to FIG. 8 , when the transistor Q1 is on, current flows to the ground through the inductor L as shown in FIG. 8A , and the current is charged in the inductor L through this.

이후, 트랜지스터 Q1이 오프 되면, 인덕터 L은 충전된 전류가 계속 흐르려는 성질에 의하여 인덕터 L의 위쪽에서 아래쪽으로 계속 전류가 흐르나, 트랜지스터 Q1이 오프되어 있으므로, 다이오드 D를 경유하여 커패시터 C로부터 전류가 빼내어진다. 그래서, 커패시터 C의 상단에 마이너스 전압이 충전되게 된다. 즉, 도 8의 (a)와 (b)의 과정이 빠른 속도로 반복되면, 출력단 Vo에는 계속 마이너스 전압이 발생된다.Thereafter, when transistor Q1 is turned off, current flows continuously from the top of inductor L to the bottom of inductor L due to the property that the charged current continues to flow through inductor L, but since transistor Q1 is off, current flows from capacitor C via diode D pulled out Thus, a negative voltage is charged to the upper end of the capacitor C. That is, when the process of (a) and (b) of FIG. 8 is repeated at a high speed, a negative voltage is continuously generated at the output terminal V o .

도 9는 벅 소자를 이용한 인버터 회로의 예를 나타낸 도면이다.9 is a diagram illustrating an example of an inverter circuit using a buck element.

도 9에 도시된 바와 같이, 인버터 회로에는 벅 소자로서 LM2576 소자가 적용되었다.As shown in Fig. 9, an LM2576 element is applied as a buck element to the inverter circuit.

도 9를 참조하면, 도 9의 (a)는 +12V의 전압을 생성하는 예를 나타낸 인버터 회로를 나타낸다. 즉, LM2576 소자의 1번 핀에 입력전압이 인가되면, 2번 핀으로 출력전압이 발생한다. 이는 쇼트키 다이오드 D1, 인덕터 L1, 커패시터 C1으로 구성되는 평활회로에 의하여 출력전압 Vo가 발생하는 것이다. 출력단(Vo)을 살펴보면, 접지인 (-)점을 기준으로 (+)점이 +12V가 된다. 만약, (+)점을 접지로 가정한다면, 접지인 (+)점을 기준으로 (-)점이 -12V가 될 수 있으므로, 도 9의 (b)와 같이 구성될 수도 있다.Referring to FIG. 9 , FIG. 9A shows an inverter circuit illustrating an example of generating a voltage of +12V. That is, when an input voltage is applied to pin 1 of the LM2576 device, an output voltage is generated to pin 2 of the LM2576 device. The output voltage V o is generated by the smoothing circuit composed of the Schottky diode D1, the inductor L1, and the capacitor C1. Looking at the output terminal (V o ), the (+) point becomes +12V based on the (-) point, which is the ground. If the (+) point is assumed to be the ground, the (-) point may be -12V based on the (+) point, which is the ground, and thus may be configured as shown in FIG. 9(b).

즉, 도 9의 (b)의 회로에서, LM2576 소자는 3번 핀(접지)와 4번 핀(검출) 사이가 항상 +12V가 되도록 유지하며, 4번 핀이 접지에 연결되면, LM2576 소자의 3번 핀(접지)이 -12V로 활용될 수 있다.That is, in the circuit of Fig. 9 (b), the LM2576 device always maintains +12V between the 3rd pin (ground) and 4th pin (detection), and when the 4th pin is connected to the ground, the LM2576 device Pin 3 (ground) can be used as -12V.

비절연형 스위칭 전원회로 소자는, 주로 벅 소자와 부스터 소자의 2가지 형태의 전용 IC로 생산되고 있다. 이 중 벅 소자는 사용처가 매우 다양하여 생산량이 훨씬 많기 때문에, 가격이 매우 저렴하다. 예를 들어, 최근 사용권이 해제되어 다양한 메이커에서 대량으로 생산되고 있는 LM2576 시리즈의 경우, 벅 소자(LM2576)는 300원대이나, 부스터 소자(LM2577)는 4800원대이고, 인버터 소자도 비슷하게 벅 소자에 10배 이상의 높은 가격대이다. 그래서, 벅 소자를 이용하여 인버터 회로를 구성하면, 매우 큰 원가절감 효과가 발생할 수 있다. 그러나, 벅 소자가 적용된 인버터 회로는 실제로, 동작하지 않고 엄청난 열만 발생하다 파손되거나, 동작하더라도 짧은 시간내에 파손되는 문제점이 존재하기 때문에, 거의 사용되지 않는다.Non-isolated switching power supply circuit devices are mainly produced as two types of dedicated ICs: a buck device and a booster device. Among them, the buck device has a very wide range of uses and produces much more, so the price is very low. For example, in the case of the LM2576 series, which has recently been released from use and mass-produced by various manufacturers, the buck element (LM2576) is in the 300 won range, but the booster element (LM2577) is in the 4800 won range, and the inverter element is similarly priced at 10 bucks. It is more than double the price. Therefore, if the inverter circuit is configured using the buck element, a very large cost reduction effect may occur. However, the inverter circuit to which the buck element is applied is rarely used because there is a problem in that it does not operate and is damaged only by generating a great deal of heat, or is damaged in a short time even if it operates.

도 10은 벅 소자를 이용한 인버터 회로에서 벅 소자의 구성을 구체적으로 예시하여 나타낸 도면이고, 도 11은 도 10의 벅 소자의 각 구성의 출력파형을 예시하여 나타낸 도면이다.10 is a diagram illustrating in detail the configuration of a buck device in an inverter circuit using a buck device, and FIG. 11 is a diagram illustrating an output waveform of each configuration of the buck device of FIG. 10 .

도 10을 참조하면, 과전류 차단회로 U101은 과전류를 강제로 차단하는 기능을 수행하고, U103은 기준전압을 생성하고, U102는 기준전압과 출력전압을 비교하는 차동 증폭기이다. 그리고, U104는 펄스폭 변조 파형을 생성하기 위한 톱니파 발진기이고, U105는 비교된 전압과 톱니파를 이용하여 펄스폭 변조 파형을 생성하는 비교기이고, Q101은 생성된 펄스폭 변조 파형을 강력한 전류로 출력시키는 트랜지스터이다.Referring to FIG. 10 , the overcurrent blocking circuit U101 forcibly blocks the overcurrent, U103 generates a reference voltage, and U102 is a differential amplifier that compares the reference voltage and the output voltage. And, U104 is a sawtooth wave oscillator for generating a pulse width modulated waveform, U105 is a comparator that generates a pulse width modulated waveform using the compared voltage and sawtooth wave, and Q101 is a pulse width modulated waveform that outputs the generated pulse width modulated waveform as a strong current. It is a transistor.

도 11을 참조하면, 기준전압 Vref와 피드백 전압(=출력전압) Vf는 차동 증폭기 U102에 의하여 차이가 검출되어 검출된 차전압 Vpwm이 출력될 수 있다. 그래서, 차전압 Vpwm은 하기 수학식으로 나타낼 수 있다.Referring to FIG. 11 , the difference between the reference voltage V ref and the feedback voltage (=output voltage) V f is detected by the differential amplifier U102, and the detected differential voltage V pwm may be output. Therefore, the differential voltage V pwm can be expressed by the following equation.

Figure 112020028070542-pat00001
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즉, 기준전압 Vref에 비하여 피드백 전압 Vf이 낮을수록 차전압 Vpwm은 더 큰 값을 가지고, 두 전압이 동일한 경우에는 α만이 남아 기본적인 펄스폭 변조 파형이 출력될 수 있다.That is, as the feedback voltage V f is lower than the reference voltage V ref , the differential voltage V pwm has a larger value, and when the two voltages are the same, only α remains and a basic pulse width modulation waveform may be output.

차전압 Vpwm은 톱니파 Vosc와 비교되어, 도 11의 (a)의 Vb와 같은 출력전압이 생성된다. 이때, 부하가 커져 출력전압이 낮아질수록, 도 11의 (b)와 같이, Vb의 한 주기가 증가하는 펄스폭 변조 파형이 생성된다. 그리고, Vb는 트랜지스터 Q101에 인가되어 외부로 출력된다. 결론적으로, 최종전압이 작아질수록 도 11의 (b)와 같이, 트랜지스터 Q101의 온 시간이 증가하여 더 큰 전력이 공급되도록 제어될 수 있다.The differential voltage V pwm is compared with the sawtooth wave V osc , and the same output voltage as V b of FIG. 11A is generated. At this time, as the load increases and the output voltage decreases, a pulse width modulation waveform in which one cycle of V b increases is generated as shown in FIG. 11B . Then, V b is applied to the transistor Q101 and outputted to the outside. As a result, as the final voltage decreases, as shown in FIG. 11B , the on-time of the transistor Q101 increases, so that greater power can be supplied.

도 12는 마이너스 전압을 생성하는 벅 소자를 이용한 인버터 회로의 예를 나타낸 도면이고, 도 13은 도 12의 인버터 회로의 동작을 나타낸 도면이다.12 is a diagram illustrating an example of an inverter circuit using a buck element for generating a negative voltage, and FIG. 13 is a diagram illustrating an operation of the inverter circuit of FIG. 12 .

도 12를 참조하면, 벅 소자 U1이 +12V를 출력하는 소자이고 정상상태라고 가정하면, 벅 소자 U1은 출력전압 Vf가 Vgnd보다 +12V 높도록 제어하므로, 만약, 출력전압 Vf가 0V로 접지되면, Vgnd는 -12V가 될 수 있다.Referring to FIG. 12 , assuming that the buck element U1 is an element that outputs +12V and is in a normal state, the buck element U1 controls the output voltage V f to be +12V higher than V gnd , so if the output voltage V f is 0V When grounded as , V gnd can be -12V.

도 13을 참조하면, 도 13의 (a)는 벅 소자 U1의 트랜지스터 Q101이 온인 경우로서, 전류는 트랜지스터 Q101로부터 인덕터 L1을 거쳐 접지로 흐르며, 이에 따라 인덕터 L1에 전류가 충전된다.Referring to FIG. 13, (a) of FIG. 13 is a case in which the transistor Q101 of the buck element U1 is on, and a current flows from the transistor Q101 to the ground through the inductor L1, and accordingly, the inductor L1 is charged with the current.

이후, 트랜지스터 Q101이 오프되면, 도 13의 (b)와 같이, 인덕터 L1에 흐르던 관성전류는 커패시터 C1으로부터 샤트키 다이오드 D1를 거쳐 흐르므로, 커패시터 C1의 하측이 마이너스 전압으로 충전된다.Thereafter, when the transistor Q101 is turned off, as shown in FIG. 13B , the inertial current flowing through the inductor L1 flows from the capacitor C1 through the Schottky diode D1, so that the lower side of the capacitor C1 is charged with a negative voltage.

그리고, 도 13의 (a)와 (b)의 과정이 지속적으로 반복됨으로써, 커패시터 C1의 하측에는 마이너스 전압이 유지될 수 있다.And, as the processes of FIGS. 13A and 13B are continuously repeated, a negative voltage may be maintained at the lower side of the capacitor C1.

이와 같이 커패시터 C1의 하측에 마이너스 전압이 생성되면, 벅 소자 U1의 Vgnd가 마이너스 전압으로 설정된다. 즉, 벅 소자 U1의 전압 기준점이 마이너스이므로, 피드백 전압 Vf가 비록 0V이나 마이너스 전압 기준점에 비하여 상대적으로 높은 전압이 되며, 이 전압 상태를 계속 유지하기 위한 제어가 이루어진다.As such, when a negative voltage is generated at the lower side of the capacitor C1, V gnd of the buck element U1 is set to a negative voltage. That is, since the voltage reference point of the buck element U1 is negative, the feedback voltage V f becomes a relatively high voltage compared to the negative voltage reference point even though it is 0V, and control is performed to continuously maintain this voltage state.

하지만, 도 13에 도시된 바와 같이 동작하는 것은 벅 소자를 이용한 인버터 회로가 정상상태일 경우이며, 벅 소자를 이용한 인버터 회로에 최초로 전원이 투입되는 초기상태에서는 문제가 발생한다.However, the operation as shown in FIG. 13 is when the inverter circuit using the buck element is in a normal state, and a problem occurs in the initial state when power is first applied to the inverter circuit using the buck element.

도 14는 벅 소자를 이용한 인버터 회로에 최초로 전원이 투입된 직후의 초기상태를 예시하여 나타낸 도면이다.14 is a diagram illustrating an initial state immediately after power is first applied to an inverter circuit using a buck element.

도 14의 (a)는 벅 소자를 이용한 인버터 회로에 최초로 전원이 투입된 직후의 전압상태를 나타낸 것이다. 도 14의 (a)를 참조하면, 입력전압 Vi가 인가되더라도, 커패시터 C1의 상측은 접지에 연결되어 있어 0V이고, 커패시터 C1의 하측은 아직 회로 동작이 이루어지지 않았으므로 충전된 전압이 존재하지 않아 0V이다. 이는, 벅 소자 U1의 Vgnd도 0V라는 것을 의미한다.Figure 14 (a) shows the voltage state immediately after the first power is supplied to the inverter circuit using the buck element. Referring to (a) of FIG. 14 , even when the input voltage V i is applied, the upper side of the capacitor C1 is connected to the ground so that it is 0V, and the lower side of the capacitor C1 does not have a charged voltage because the circuit operation has not been performed yet. not 0V. This means that V gnd of the buck element U1 is also 0V.

벅 소자 U1에서, 피드백 전압 Vf가 0V이므로, 차동 증폭기 U102는 기준전압 Vref와 피드백 전압 Vf를 비교하여 매우 큰 차이가 발생하여 차전압 Vpwm을 도 14의 (b)에 도시된 바와 같이 가장 크게 설정한다. 이와 같은 경우, 도 14의 (b)와 같이 Vb가 트랜지스터 Q101로 출력되어, 트랜지스터 Q101이 계속 온 상태를 유지함으로써, 인덕터 L1을 통해 큰 전류를 흘려 출력전압을 높이게 할 수 있다. 그러나, 커패시터 C1의 상측이 접지에 연결되어 있기 때문에, 피드백 전압 Vf는 결코 상승할 수 없으며, 이에 따라, 트랜지스터 Q101이 계속 온 상태를 유지하여 벅 소자 U1은 계속 전류를 출력한다.In the buck element U1, since the feedback voltage V f is 0V, the differential amplifier U102 compares the reference voltage V ref and the feedback voltage V f , and a very large difference occurs, and the differential voltage V pwm is set as shown in (b) of FIG. 14 . Set the largest together. In this case, as shown in (b) of FIG. 14 , V b is output to the transistor Q101 and the transistor Q101 is kept on, so that a large current can flow through the inductor L1 to increase the output voltage. However, since the upper side of the capacitor C1 is connected to ground, the feedback voltage V f can never rise, so that the transistor Q101 remains on and the buck element U1 continues to output current.

도 13에서 전술한 바와 같이, 트랜지스터 Q101이 오프되는 순간 커패시터 C1의 하측에 마이너스 전압이 충전될 수 있다. 하지만, 도 14에 도시된 바와 같은 초기상태에서는, 트랜지스터 Q101이 오프되지 않아 커패시터 C1의 하측에 마이너스 전압이 생성되지 않는다.As described above with reference to FIG. 13 , a negative voltage may be charged to the lower side of the capacitor C1 when the transistor Q101 is turned off. However, in the initial state as shown in FIG. 14 , the transistor Q101 is not turned off, so that a negative voltage is not generated at the lower side of the capacitor C1.

따라서, 트랜지스터 Q101에 과전류가 흘러 과전류 차단회로 U101가 동작하여 회로가 오픈(open)되면, 그 때서야 도 13의 (b)과 같은 동작이 이루질 수 있다.Accordingly, when an overcurrent flows through the transistor Q101 and the overcurrent blocking circuit U101 operates and the circuit is opened, the operation as shown in FIG. 13B can be achieved only at that time.

결론적으로, 단 한번이라도 트랜지스터 Q101이 오프되면, 커패시터 C1의 하측에 마이너스 전압이 생성된다. 이에 따라, 벅 소자 U1 전체의 기준전압인 Vgnd가 마이너스로 하강하여 기준전압 Vref가 하강한다. 이는 상대적으로 피드백 전압 Vf이 상승한 것이 되므로, 인버터 회로가 정상상태로 진입할 수 있다.Consequently, if the transistor Q101 is turned off even once, a negative voltage is generated at the lower side of the capacitor C1. Accordingly, V gnd, which is the reference voltage of the entire buck element U1, drops to negative, and the reference voltage V ref drops. Since this is a relatively increased feedback voltage V f , the inverter circuit may enter a steady state.

이와 같이, 벅 소자를 이용한 인버터 회로는, 인덕터 L1으로 흐르는 전류가 단 한번이라도 차단되어야 마이너스 전압이 발생하기 때문에, 초기동작 시 매우 큰 과전류가 흘러 이를 과전류 차단회로 U101이 차단하게 함으로써, 정상상태로 동작할 수 있다.As such, in the inverter circuit using the buck element, a negative voltage is generated only when the current flowing to the inductor L1 is cut off at least once. can work

그러나, 과전류 차단회로가 동작한다는 것은, 벅 소자에 지나치게 많은 전류가 흘러 위험한 상황으로서, 벅 소자가 파손될 상황에 이르렀음을 의미한다.However, the operation of the overcurrent blocking circuit means that too much current flows into the buck element, which is a dangerous situation, and the buck element is damaged.

그래서, 이러한 방법으로 인버터 회로를 동작시키면, 매번 전원을 투입할 때마다 벅 소자는 파손될 위험성을 가지고 있다. 실제로, 인버터 회로의 벅 소자는 예상수명의 10분의 1도 되지 않아 파손되며, 현장에서는, 벅 소자를 이용하여 인버터를 구성할 때, 수시로 파손되는 벅 소자의 교체를 위하여 벅 소자 탈착용 소켓을 적용하고 있는 실정이다.Therefore, when the inverter circuit is operated in this way, there is a risk that the buck element is damaged every time the power is turned on. In fact, the buck element of the inverter circuit is damaged in less than one-tenth of the expected lifespan, and in the field, when constructing an inverter using the buck element, a socket for detaching the buck element is used to replace the frequently damaged buck element. It is being applied.

도 15는 인버터 회로가 타 전원회로로부터 전력을 공급받는 경우를 나타낸 도면이다.15 is a diagram illustrating a case in which an inverter circuit receives power from another power supply circuit.

벅 소자를 이용한 인버터 회로의 과전류를 이용한 시동의 문제점은, 도 15에 도시된 바와 같이, 타 전원회로로부터 전력을 공급받을 때 가장 심각하게 발생할 수 있다.The problem of starting using the overcurrent of the inverter circuit using the buck element may occur most seriously when power is supplied from another power supply circuit, as shown in FIG. 15 .

도 15를 참조하면, 전력(+12V, 3A)이 타 전원회로부터 기기 내부로 공급되면, 기기 내부에서 본래 필요한 +12V, 다른 소자들에서 사용될 +5V, -12V 등의 전원을 기기의 전원회로가 생성한다. 이때, +5V의 전원은 외부에서 공급된 +12V의 전원을 낮추어 생성될 수 있으므로, 벅 회로가 적용될 수 있다. 그러나, -12V의 전원을 생성하기 위해서는 벅 회로를 이용한 인버터 회로가 적용되어야 하는데, 벅 회로를 이용한 인버터 회로를 동작시킬 경우, 기기 전체가 마비되고, 심지어 기기에 화재가 발생할 위험이 있다.Referring to FIG. 15 , when power (+12V, 3A) is supplied into the device from another power supply circuit, power such as +12V originally required inside the device and +5V, -12V to be used in other devices is supplied to the device’s power circuit. creates At this time, since the +5V power can be generated by lowering the +12V power supplied from the outside, a buck circuit can be applied. However, in order to generate a power of -12V, an inverter circuit using a buck circuit must be applied. When the inverter circuit using the buck circuit is operated, the entire device is paralyzed, and there is a risk of fire even occurring in the device.

도 16은 내압 문제를 해결하기 위한 벅 소자를 이용한 인버터 회로의 예를 나타낸 도면이다.16 is a diagram illustrating an example of an inverter circuit using a buck element to solve a withstand voltage problem.

도 16을 참조하면, 도 16의 인버터 회로는, 전술한 벅 소자를 이용한 인버터 회로에, 연산 증폭기 U2를 이용하여 출력전압을 반전시켜 피드백 전압 Vf으로 입력되도록 구성된 회로가 추가된 것이다.Referring to FIG. 16 , the inverter circuit of FIG. 16 includes a circuit configured to be input as a feedback voltage V f by inverting an output voltage using an operational amplifier U2 to the inverter circuit using the above-described buck element.

예를 들어, 입력전압 Vi가 36V이고, 출력전압이 -12V인 경우, 벅 소자 U1에 인가되는 전압인 입력전압 Vi와 Vgnd 사이가 최대 48V가 되어 벅 소자 U1이 파손될 수 있다. 그래서, 도 16의 인버터 회로는, 입력전압 Vi가 Vgnd와의 사이를 36V로 유지한 상태에서 출력측이 진정한 인버터 회로가 되도록 구성한 후, 출력전압이 반전 증폭기로 반전되어 피드백되도록 구성된 것이다.For example, the input voltage is 36V and V i, when the output voltage is -12V, the voltage applied between the Buck device U1, the input voltage V i and V is the gnd is up to 48V may damage the Buck device U1. Thus, even in the inverter circuit 16, the input voltage V i will be configured to be configured such that after the true output inverter circuit while maintaining the V between the gnd to 36V, the output voltage feedback is inverted in the inverting amplifier.

그러나, 도 16의 인버터 회로도, 전원이 투입된 직후에는 출력전압이 0V이므로 반전되어도 0V이기 때문에, 트랜지스터 Q101이 계속 온 상태를 유지하여 전류가 인덕터 L1으로만 흐르는 상태가 유지되며, 이에 따라 스스로 작동하지 못하여, 과전류를 이용한 시동의 문제점은 여전히 존재한다.However, in the inverter circuit diagram of FIG. 16, immediately after power is turned on, the output voltage is 0V, so even if inverted, the output voltage is 0V. Therefore, the problem of starting using overcurrent still exists.

본 발명은 벅(Buck) 소자에 과전류가 인가되지 않아도 벅 소자가 시동되어 마이너스 전압의 전원을 생성하는 마이크로컨트롤러를 이용한 인버터를 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention is to provide an inverter using a microcontroller that generates negative voltage power by starting the buck device even when no overcurrent is applied to the buck device.

본 발명의 일 측면에 따르면, 마이너스 전압의 전원을 생성하는 마이크로컨트롤러를 이용한 인버터가 개시된다.According to one aspect of the present invention, an inverter using a microcontroller for generating a negative voltage power supply is disclosed.

본 발명의 실시예에 따른 마이크로컨트롤러를 이용한 인버터는, 벅(Buck) 소자, 상기 벅 소자의 출력전압 핀에 일측이 연결되는 인덕터, 상기 출력전압 핀에 일측이 연결되는 제1 다이오드, 상기 인덕터의 타측과 플러스 극이 연결되는 제1 커패시터, 상기 인덕터의 타측과 상기 제1 커패시터의 플러스 극이 연결되어 형성되는 제1 접속점, 상기 벅 소자의 접지 핀, 상기 제1 다이오드의 타측 및 상기 제1 커패시터의 마이너스 극이 연결되어 형성되는 제2 접속점, 상기 제2 접속점에 일측이 연결되고, 타측이 접지와 연결되는 제2 다이오드, 상기 제1 접속점에 콜렉터(collector)가 연결되고, 에미터(emitter)가 접지에 연결되는 트랜지스터 및 상기 트랜지스터의 베이스(base)와는 제1 출력 핀으로 연결되고, 상기 제1 접속점 및 상기 제2 접속점과는 각각 제1 입력 핀 및 제2 입력 핀으로 연결되는 마이크로컨트롤러를 포함하되, 상기 마이크로컨트롤러는, 상기 제1 접속점 및 상기 제2 접속점의 전압값에 따라 상기 제1 출력 핀을 통해 상기 트랜지스터의 스위칭을 제어한다.An inverter using a microcontroller according to an embodiment of the present invention includes a buck element, an inductor having one end connected to an output voltage pin of the buck element, a first diode having one end connected to the output voltage pin, and the inductor A first capacitor to which the other side and the positive pole are connected, a first connection point formed by connecting the other side of the inductor to the positive pole of the first capacitor, a ground pin of the buck element, the other side of the first diode, and the first capacitor a second connection point formed by connecting the negative pole of A transistor connected to the ground and a microcontroller connected to a base of the transistor by a first output pin, and connected to the first connection point and the second connection point by a first input pin and a second input pin, respectively However, the microcontroller controls the switching of the transistor through the first output pin according to voltage values of the first connection point and the second connection point.

상기 마이크로컨트롤러를 이용한 인버터는, 상기 베이스와 상기 제1 출력 핀 사이에 연결되는 제1 저항, 상기 제1 접속점과 상기 제1 입력 핀 사이에 연결되는 제2 저항, 상기 제1 입력 핀에 일측이 연결되고, 타측이 접지에 연결되는 제3 저항, 상기 제2 접속점과 상기 제2 입력 핀 사이에 연결되는 제4 저항, 상기 제2 입력 핀에 일측이 연결되고, 타측이 전원에 연결되는 제5 저항을 더 포함한다.In the inverter using the microcontroller, a first resistor connected between the base and the first output pin, a second resistor connected between the first connection point and the first input pin, one side of the first input pin is a third resistor connected and the other end connected to the ground, a fourth resistor connected between the second connection point and the second input pin, one end connected to the second input pin, and the other end connected to a power source more resistance.

상기 마이크로컨트롤러는, 상기 제1 접속점의 전압값이 미리 설정된 정상 전압값 이상이 되면, 상기 트랜지스터가 온 되어 상기 제1 접속점이 상기 접지와 연결되도록, 상기 제1 출력 핀으로 1값을 출력한다.The microcontroller, when the voltage value of the first connection point is equal to or greater than a preset normal voltage value, outputs a value of 1 to the first output pin so that the transistor is turned on and the first connection point is connected to the ground.

상기 마이크로컨트롤러는, 상기 트랜지스터가 온이 되는 시간 및 인버터 회로 동작이 안정화되는 시간을 확보하기 위하여, 미리 설정된 시간만큼 시간지연을 수행한다.The microcontroller performs a time delay for a preset time in order to secure a time when the transistor is turned on and a time when the inverter circuit operation is stabilized.

상기 마이크로컨트롤러는, 상기 제2 접속점의 전압값이 미리 설정된 마이너스 전압값 이상인 경우, 마이너스 전압을 사용하는 부하의 과전류로 인하여 전압이 상승하는 것을 막기 위하여, 상기 트랜지스터가 오프되어 마이너스 전압의 출력이 차단되도록, 상기 제1 출력 핀으로 0값을 출력한다.The microcontroller, when the voltage value of the second connection point is equal to or greater than a preset negative voltage value, the transistor is turned off to block the output of the negative voltage in order to prevent the voltage from rising due to the overcurrent of the load using the negative voltage. As much as possible, a value of 0 is output to the first output pin.

상기 마이크로컨트롤러를 이용한 인버터는, 상기 마이크로컨트롤러의 제2 출력 핀에 직렬로 연결되는 발광 다이오드, 제6 저항 및 접지, 상기 마이크로컨트롤러의 제3 입력 핀에 직렬로 연결되는 스위치 및 접지를 더 포함한다.The inverter using the microcontroller further includes a light emitting diode connected in series to a second output pin of the microcontroller, a sixth resistor and a ground, a switch connected in series to a third input pin of the microcontroller, and a ground .

상기 마이크로컨트롤러는, 상기 제2 접속점의 전압값이 미리 설정된 마이너스 전압값 이상인 경우, 마이너스 전압의 출력의 차단을 알리기 위하여, 기 발광 다이오드가 온 되도록 상기 제2 출력 핀으로 1값을 출력하고, 상기 스위치가 온이 된 경우, 상기 스위치가 온 됨을 알리기 위하여, 상기 발광 다이오드가 오프 되도록 상기 제2 출력 핀으로 0값을 출력한다.When the voltage value of the second connection point is equal to or greater than a preset negative voltage value, the microcontroller outputs a value of 1 to the second output pin so that the light emitting diode is turned on, in order to inform that the output of the negative voltage is cut off, When the switch is on, a value of 0 is output to the second output pin so that the light emitting diode is turned off in order to inform that the switch is on.

본 발명의 실시예에 따른 마이크로컨트롤러를 이용한 인버터는, 벅(Buck) 소자에 과전류가 인가되지 않아도 벅 소자가 시동되어 마이너스 전압의 전원을 생성함으로써, 저렴한 벅 소자를 인버터에 안정적으로 적용할 수 있어 전자기기의 전원회로의 제작비용을 감소시킬 수 있다.In the inverter using a microcontroller according to an embodiment of the present invention, the buck element is started even when no overcurrent is applied to the buck element to generate a negative voltage power supply, so that an inexpensive buck element can be stably applied to the inverter. It is possible to reduce the manufacturing cost of the power circuit of the electronic device.

도 1은 절연형 스위칭 전원회로의 예를 나타낸 도면.
도 2는 비절연형 스위칭 전원회로의 예를 나타낸 도면.
도 3은 벅(buck) 회로의 예를 나타낸 도면.
도 4는 펄스폭 변조(PWM: Pulse Width Modulation) 스위칭의 예를 나타낸 도면.
도 5는 도 3의 벅 회로에서의 다이오드의 역할을 나타낸 도면.
도 6은 벅 회로의 사용 예로서 차량 시거용 전압 변환기를 나타낸 도면.
도 7은 인버터(Inverter) 회로의 예를 나타낸 도면.
도 8은 도 7의 인버터 회로의 동작을 나타낸 도면.
도 9는 벅 소자를 이용한 인버터 회로의 예를 나타낸 도면.
도 10은 벅 소자를 이용한 인버터 회로에서 벅 소자의 구성을 구체적으로 예시하여 나타낸 도면.
도 11은 도 10의 벅 소자의 각 구성의 출력파형을 예시하여 나타낸 도면.
도 12는 마이너스 전압을 생성하는 벅 소자를 이용한 인버터 회로의 예를 나타낸 도면.
도 13은 도 12의 인버터 회로의 동작을 나타낸 도면.
도 14는 벅 소자를 이용한 인버터 회로에 최초로 전원이 투입된 직후의 초기상태를 예시하여 나타낸 도면.
도 15는 인버터 회로가 타 전원회로로부터 전력을 공급받는 경우를 나타낸 도면.
도 16은 내압 문제를 해결하기 위한 벅 소자를 이용한 인버터 회로의 예를 나타낸 도면.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로컨트롤러를 이용한 인버터의 회로를 나타낸 도면.
도 18은 도 17의 인버터 회로를 설명하기 위한 도면.
도 19는 도 17의 인버터 회로에서의 마이크로컨트롤러의 동작방법을 나타낸 흐름도.
1 is a diagram showing an example of an insulated switching power supply circuit.
2 is a diagram showing an example of a non-isolated switching power supply circuit.
3 is a diagram showing an example of a buck circuit;
4 is a diagram illustrating an example of pulse width modulation (PWM) switching.
5 is a view showing the role of a diode in the buck circuit of FIG.
6 is a diagram illustrating a voltage converter for a vehicle cigar as an example of use of a buck circuit.
7 is a diagram showing an example of an inverter circuit;
Fig. 8 is a view showing the operation of the inverter circuit of Fig. 7;
9 is a diagram showing an example of an inverter circuit using a buck element.
10 is a diagram illustrating in detail the configuration of a buck element in an inverter circuit using the buck element;
11 is a diagram illustrating an output waveform of each configuration of the buck element of FIG. 10 .
12 is a diagram showing an example of an inverter circuit using a buck element that generates a negative voltage.
Fig. 13 is a view showing the operation of the inverter circuit of Fig. 12;
14 is a view illustrating an initial state immediately after power is first applied to an inverter circuit using a buck element.
15 is a diagram illustrating a case in which an inverter circuit receives power from another power supply circuit;
16 is a view showing an example of an inverter circuit using a buck element for solving a withstand voltage problem.
17 is a diagram showing a circuit of an inverter using a microcontroller according to an embodiment of the present invention.
Fig. 18 is a diagram for explaining the inverter circuit of Fig. 17;
19 is a flowchart illustrating an operation method of the microcontroller in the inverter circuit of FIG. 17;

본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.As used herein, the singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as “consisting of” or “comprising” should not be construed as necessarily including all of the various components or various steps described in the specification, some of which components or some steps are It should be construed that it may not include, or may further include additional components or steps. In addition, terms such as "...unit" and "module" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software, or a combination of hardware and software. .

이하, 본 발명의 다양한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상술하겠다. Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 17은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로컨트롤러를 이용한 인버터의 회로를 나타낸 도면이고, 도 18은 도 17의 인버터 회로를 설명하기 위한 도면이다.17 is a diagram illustrating a circuit of an inverter using a microcontroller according to an embodiment of the present invention, and FIG. 18 is a diagram for explaining the inverter circuit of FIG. 17 .

도 17을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 마이크로컨트롤러를 이용한 인버터는, 벅 소자 U1, 다이오드 D1, 인덕터 L1, 커패시터 C1, 다이오드 D2, 트랜지스터 Q1, 마이크로컨트롤러 U2, 저항 R1, 저항 R2, 저항 R3, 저항 R4, 저항 R5, 저항 R6, 발광 다이오드(LED1) 및 스위치(SW1)를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 17 , an inverter using a microcontroller according to an embodiment of the present invention includes a buck element U1, a diode D1, an inductor L1, a capacitor C1, a diode D2, a transistor Q1, a microcontroller U2, a resistor R1, a resistor R2, a resistor. R3, resistor R4, resistor R5, resistor R6, may include a light emitting diode (LED1) and a switch (SW1).

벅 소자 U1은 LM2576 IC로서, 입력전압 핀(Vin), 출력전압 핀(Vout), 접지 핀(GND), 활성화 핀(OE) 및 피드백 핀(Feedback)의 5개 핀을 포함한다.Buck device U1 is an LM2576 IC and includes five pins: an input voltage pin (V in ), an output voltage pin (V out ), a ground pin (GND), an enable pin (OE), and a feedback pin (Feedback).

벅 소자 U1의 출력전압 핀(Vout)에는, 인덕터 L1의 일측과 다이오드 D1의 순방향인 일측이 연결된다. 즉, 다이오드 D1은 타측에서 일측으로의 방향이 순방향이 된다.One side of the inductor L1 and the forward side of the diode D1 are connected to the output voltage pin (V out ) of the buck element U1. That is, the diode D1 has a forward direction from the other side to one side.

그리고, 인덕터 L1의 타측과 커패시터 C1의 플러스 극이 연결되며, 인덕터 L1의 타측과 커패시터 C1의 플러스 극이 연결되어 형성되는 제1 접속점이 출력단이 된다. 출력단이 되는 제1 접속점은 벅 소자 U1의 피드백 핀(Feedback)과 연결된다.In addition, the other side of the inductor L1 and the positive pole of the capacitor C1 are connected, and a first connection point formed by connecting the other side of the inductor L1 and the positive pole of the capacitor C1 becomes an output terminal. A first connection point serving as an output terminal is connected to a feedback pin (Feedback) of the buck element U1.

한편, 벅 소자 U1의 접지 핀(GND) 및 활성화 핀(OE), 다이오드 D1의 타측, 커패시터 C1의 마이너스 극이 연결되어 제2 접속점을 형성한다.Meanwhile, the ground pin GND and the activation pin OE of the buck element U1, the other side of the diode D1, and the negative pole of the capacitor C1 are connected to form a second connection point.

형성된 제2 접속점과 접지 사이에 다이오드 D2가 연결된다. 이때, 다이오드 D2는 제2 접속점에서 접지로의 방향이 순방향이 되도록 연결될 수 있다.A diode D2 is connected between the formed second connection point and the ground. In this case, the diode D2 may be connected so that the direction from the second connection point to the ground is forward.

출력단이 되는 제1 접속점에, 트랜지스터 Q1이 연결된다. 즉, 트랜지스터 Q1의 콜렉터(collector)가 제1 접속점에 연결되고, 에미터(emitter)는 접지에 연결된다.A transistor Q1 is connected to a first connection point serving as an output terminal. That is, the collector of the transistor Q1 is connected to the first connection point, and the emitter is connected to the ground.

그리고, 제1 접속점, 제2 접속점 및 트랜지스터 Q1의 베이스(base)가 도 17에 도시된 바와 같이 마이크로컨트롤러 U2에 연결된다.Then, the first connection point, the second connection point, and the base of the transistor Q1 are connected to the microcontroller U2 as shown in FIG. 17 .

도 17을 참조하면, 마이크로컨트롤러 U2는 제1 아날로그 핀(AN0), 제2 아날로그 핀(AN1), 제1 출력 핀(출력포트0), 제2 출력 핀(출력포트1) 및 입력 핀(입력포트0)을 포함한다.Referring to FIG. 17 , the microcontroller U2 has a first analog pin (AN0), a second analog pin (AN1), a first output pin (output port 0), a second output pin (output port 1), and an input pin (input). port 0).

그래서, 제1 접속점은 마이크로컨트롤러 U2의 제1 아날로그 핀(AN0)에 연결되고, 제2 접속점은 마이크로컨트롤러 U2의 제2 아날로그 핀(AN1)에 연결되고, 트랜지스터 Q1의 베이스는 마이크로컨트롤러 U2의 제1 출력 핀(출력포트0)에 연결된다.So, the first connection point is connected to the first analog pin AN0 of the microcontroller U2, the second connection point is connected to the second analog pin AN1 of the microcontroller U2, and the base of the transistor Q1 is the second analog pin AN0 of the microcontroller U2. 1 It is connected to the output pin (output port 0).

이때, 제1 접속점과 제1 아날로그 핀 사이에는 저항 R2 및 저항 R3가 연결되고, 제2 접속점과 제2 아날로그 핀 사이에는 저항 R4 및 저항 R5가 연결되고, 트랜지스터 Q1의 베이스와 제1 출력 핀(출력포트0) 사이에는 저항 R1이 연결된다.At this time, the resistor R2 and the resistor R3 are connected between the first connection point and the first analog pin, the resistor R4 and the resistor R5 are connected between the second connection point and the second analog pin, and the base of the transistor Q1 and the first output pin ( A resistor R1 is connected between the output ports 0).

여기서, 저항 R2는 양단이 각각 제1 접속점과 마이크로컨트롤러 U2의 제1 아날로그 핀(AN0)에 연결되고, 저항 R3는 일측이 제1 아날로그 핀(AN0)에 연결되고 타측이 접지에 연결된다.Here, both ends of the resistor R2 are connected to the first connection point and the first analog pin AN0 of the microcontroller U2, respectively, and the resistor R3 has one end connected to the first analog pin AN0 and the other end connected to the ground.

그리고, 저항 R4는 양단이 각각 제2 접속점과 마이크로컨트롤러 U2의 제2 아날로그 핀(AN1)에 연결되고, 저항 R5는 일측이 제2 아날로그 핀(AN1)에 연결되고 타측이 전원에 연결된다.In addition, both ends of the resistor R4 are connected to the second connection point and the second analog pin AN1 of the microcontroller U2, respectively, and the resistor R5 has one end connected to the second analog pin AN1 and the other end connected to the power source.

그리고, 저항 R1은 양단이 각각 트랜지스터 Q1의 베이스와 제1 출력 핀(출력포트0)에 연결된다.In addition, both ends of the resistor R1 are connected to the base of the transistor Q1 and the first output pin (output port 0), respectively.

제2 출력 핀(출력포트1)에는, 발광 다이오드(LED1), 저항 R6 및 접지가 순서대로 직렬로 연결된다.To the second output pin (output port 1), a light emitting diode (LED1), a resistor R6, and a ground are connected in series in this order.

입력 핀(입력포트0)에는, 스위치(SW1) 및 접지가 순서대로 직렬로 연결된다.To the input pin (input port 0), the switch SW1 and the ground are connected in series in this order.

이와 같은 마이크로컨트롤러 U2는 트랜지스터 Q1의 베이스와 연결된 제1 출력 핀(출력포트0)을 통해 트랜지스터 Q1의 스위칭을 제어한다.The microcontroller U2 controls the switching of the transistor Q1 through the first output pin (output port 0) connected to the base of the transistor Q1.

제2 접속점으로 흐르는 전류가 모두 다이오드 D2에 의하여 접지로 흐르게 되므로, 벅 소자 U1은 초기동작 시, 접지 핀(GND)이 접지와 연결된 형태로 동작할 수 있다. 이후, 트랜지스터 Q1이 온 되면, 커패시터 C1의 마이너스 극에 마이너스 전압이 생성된다. 이에 따라, 다이오드 D2는 역방향이 형성되어 전류가 흐르지 않는다.Since all the current flowing to the second connection point flows to the ground by the diode D2, the buck element U1 may operate in a form in which the ground pin GND is connected to the ground during initial operation. Thereafter, when the transistor Q1 is turned on, a negative voltage is generated at the negative pole of the capacitor C1. Accordingly, the diode D2 has a reverse direction and no current flows.

벅 소자 U1으로부터 출력되는 초기 출력전압은, 커패시터 C1의 플러스 극(제1 접속점)에 나타난다. 이는, 트랜지스터 Q1의 콜렉터에 인가되고, 한편으로는, 저항 R2 및 R3로 구성되는 전압분배 저항을 통해 마이크로컨트롤러 U2가 인식 가능한 전압범위로 조정되어 마이크로컨트롤러 U2의 제1 아날로그 핀(AN0)으로 입력된다.The initial output voltage output from the buck element U1 appears at the positive pole (the first connection point) of the capacitor C1. It is applied to the collector of the transistor Q1 and, on the one hand, is adjusted to a voltage range recognizable by the microcontroller U2 via a voltage divider resistor consisting of resistors R2 and R3 and is input to the first analog pin AN0 of the microcontroller U2. do.

한편, 커패시터 C1의 마이너스 극(제2 접속점)에는, 최종적으로 생성되는 마이너스 전압이 나타난다. 이는, 저항 R4 및 R5로 구성되는 전압분배 저항을 통해 마이크로컨트롤러 U2가 인식 가능한 전압범위로 조정되어 마이크로컨트롤러 U2의 제2 아날로그 핀(AN1)으로 입력된다.On the other hand, the negative voltage finally generated appears at the negative pole (second connection point) of the capacitor C1. This is adjusted to a voltage range recognizable by the microcontroller U2 through a voltage divider resistor composed of resistors R4 and R5, and is input to the second analog pin AN1 of the microcontroller U2.

발광 다이오드(LED1) 및 저항 R6은, 과부하로 인하여 -12V의 출력전압이 크게 상승하여 0V까지 도달하는 쇼트 상태에 이르는 경우, 발광을 통해 사용자에게 경고하기 위한 구성이다.The light emitting diode LED1 and the resistor R6 are configured to warn the user through light emission when the output voltage of -12V rises significantly due to overload and reaches a short-circuit state reaching 0V.

스위치(SW1)는 사용자가 과전류로 인한 이상상황을 조치한 후, 정상적으로 재가동되도록 사용자로부터 복구 명령을 입력받는 스위치이다.The switch SW1 is a switch that receives a recovery command from the user so that it can be restarted normally after the user takes action on an abnormal situation due to overcurrent.

마이크로컨트롤러 U2는, 벅 소자 U1의 동작 상태를 제1 아날로그 핀(AN0)을 통해 감시하여 정상상태로 진입한 것을 확인하면, 그때에 트랜지스터 Q1을 온 시키므로, 안정된 가동시간을 위하여 충분히 긴 시간을 확보할 필요가 없다. 즉, 시간에 따라 스위칭이 이루어지는 것이 아니라, 벅 소자의 동작 상태에 따라 스위칭이 이루어지므로, 최단시간에 인버터 회로가 동작할 수 있고, 대용량의 커패시터도 생략될 수 있다.The microcontroller U2 monitors the operation state of the buck element U1 through the first analog pin (AN0) and when it is confirmed that the normal state has entered, the transistor Q1 is turned on at that time, so that a sufficiently long time is secured for a stable operation time. no need to do That is, the switching is performed according to the operating state of the buck element, not according to time, so that the inverter circuit can be operated in the shortest time, and a large-capacity capacitor can be omitted.

벅 소자를 이용한 인버터 회로는, 마이너스 전압을 사용하는 부하로 인하여 커패시터 C1의 마이너스 극에 전류가 유입되어, 커패시터 C1의 마이너스 극의 전압이 상승할 수 있다. 이를, 벅 소자 U1이 정상적인 전압을 유지하도록 제어한다. 이는, 플러스 전압을 생성하는 회로에서, 플러스 전압을 사용하는 부하로 전류가 흘러 나가 플러스 전압이 하강하는 것과 반대의 원리이다.In the inverter circuit using the buck element, a current may flow into the negative pole of the capacitor C1 due to a load using a negative voltage, and thus the voltage of the negative pole of the capacitor C1 may increase. This is controlled so that the buck element U1 maintains a normal voltage. This is the opposite principle to that, in a circuit generating a positive voltage, a current flows to a load using the positive voltage and the positive voltage falls.

이때, 마이너스 전압을 사용하는 부하에서 회로의 고장이나 기타 여러가지 요인으로 벅 소자 U1이 제어할 수 없는 범위의 전류, 즉 과전류가 흐르면 전압이 계속 상승하여 최종적으로 0V까지 상승하면, 벅 소자 U1은 작동을 하지 못하고 과전류만 흐르는 위험한 상태에 도달할 수 있다. 수동 소자로만 구성된 인버터 회로의 경우, 이러한 과전류에 의한 위험상태에 대한 대처를 할 수 없어 큰 위험상태에 빠질 수 있다.At this time, when a current in a range that the buck element U1 cannot control, that is, an overcurrent flows due to a circuit failure or other factors in a load using a negative voltage, the voltage continues to rise and finally rises to 0V, the buck element U1 operates Otherwise, it may reach a dangerous state in which only overcurrent flows. In the case of an inverter circuit composed only of passive elements, it cannot cope with the dangerous state caused by such overcurrent, so it can fall into a large dangerous state.

이에 비하여, 본 발명의 실시예에 따른 마이크로컨트롤러를 이용한 인버터의 경우, 마이크로컨트롤러 U2가 제2 아날로그 핀(AN1)을 통해 마이너스 전압을 지속적으로 감시하고 있으므로, 과전류에 의한 위험상태에 도달한 것으로 판단되면, 트랜지스터 Q1을 오프시켜 마이너스 전압의 출력을 중단시킬 수 있다. 또한, 마이크로컨트롤러 U2는 이러한 상황을 발광 다이오드(LED1)의 발광을 통해 사용자에게 알릴 수 있다.In contrast, in the case of an inverter using a microcontroller according to an embodiment of the present invention, since the microcontroller U2 continuously monitors the negative voltage through the second analog pin AN1, it is determined that a dangerous state due to overcurrent has been reached. Then, transistor Q1 can be turned off to stop the output of the negative voltage. In addition, the microcontroller U2 may notify the user of this situation through light emission of the light emitting diode LED1.

본 발명의 실시예에 따른 마이크로컨트롤러를 이용한 인버터는, 마이크로컨트롤러 U2가 더 추가되어 구성되나, 마이너스 전압의 전원을 사용하는 전자기기에 이미 마이크로컨트롤러가 적용되어 있다면, 전자기기에 적용된 마이크로컨트롤러의 여분의 핀을 이용하여 구성될 수 있다.Inverter using a microcontroller according to an embodiment of the present invention is configured by further adding a microcontroller U2. It can be configured using the pins of

또는, 전자기기에 마이크로컨트롤러가 적용되어 있지 않아서, 본 발명의 실시예에 따른 마이크로컨트롤러를 이용한 인버터만을 위한 마이크로컨트롤러가 추가되는 경우, 제어할 포트가 5개 밖에 되지 않으므로, 8핀의 초소형 마이크로컨트롤러(예를 들어, ATtiny13A 등)로 구성이 가능하다.Alternatively, since a microcontroller is not applied to an electronic device, when a microcontroller only for an inverter using a microcontroller according to an embodiment of the present invention is added, since there are only 5 ports to control, an 8-pin microcontroller (eg, ATtiny13A, etc.) can be configured.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 마이크로컨트롤러를 이용한 인버터는 저렴하게 제작될 수 있다.Accordingly, the inverter using the microcontroller according to the embodiment of the present invention can be manufactured inexpensively.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 마이크로컨트롤러를 이용한 인버터의 회로 설계에 대하여 살펴보기로 한다.Hereinafter, a circuit design of an inverter using a microcontroller according to an embodiment of the present invention will be described.

통상적으로, 마이크로컨트롤러는 +5V의 전원을 사용하다고 가정한다. 그리고, 트랜지스터 Q1이 최대 3A까지 처리하고, 트랜지스터 Q1의 전류 증폭도가 150이라고 가정하면, 트랜지스터 Q1의 베이스 전류는 최소한 하기 수학식으로 산출된 값보다 커야 한다.Typically, it is assumed that the microcontroller uses a power supply of +5V. Further, assuming that the transistor Q1 processes up to 3A and the current amplification of the transistor Q1 is 150, the base current of the transistor Q1 should be at least greater than the value calculated by the following equation.

Figure 112020028070542-pat00002
Figure 112020028070542-pat00002

전류제한 저항 R1의 좌측은 트랜지스터 Q1의 오프셋 전압 0.6V가 인가되고, 저항 R1의 우측은 마이크로컨트롤러 U2의 제1 출력 핀(출력포트0)의 출력 +5V가 인가된다. 그래서, 저항 R1의 최대 저항값은 하기 수학식으로 산출될 수 있다.An offset voltage of 0.6V of the transistor Q1 is applied to the left side of the current limiting resistor R1, and an output +5V of the first output pin (output port 0) of the microcontroller U2 is applied to the right side of the resistor R1. Therefore, the maximum resistance value of the resistor R1 can be calculated by the following equation.

Figure 112020028070542-pat00003
Figure 112020028070542-pat00003

저항 R2 및 R3는 벅 소자 U1이 초기동작 시 발생하는 전압을 마이크로컨트롤러가 인식 가능한 전압범위로 조정하는 것으로서, 벅 소자 U1이 12V용인 경우, 도 18의 (a)와 같이 나타낼 수 있다.The resistors R2 and R3 adjust the voltage generated during the initial operation of the buck element U1 to a voltage range recognizable by the microcontroller. When the buck element U1 is for 12V, it can be represented as shown in FIG. 18(a).

저항 R2의 입력전압이 +12V일 때, 제1 아날로그 핀(AN0)에 마이크로컨트롤러 U2의 최대전압 +5V가 출력되려면, 저항 R2와 R3의 저항비는 하기 수학식과 같이 산출될 수 있다.When the input voltage of the resistor R2 is +12V, in order for the maximum voltage of the microcontroller U2 to be output to the first analog pin AN0 of +5V, the resistance ratio of the resistors R2 and R3 can be calculated as shown in the following equation.

Figure 112020028070542-pat00004
Figure 112020028070542-pat00004

즉, 저항 R2는 저항값이 저항 R3의 1.4배이다. 이는 마이크로컨트롤러의 최대전압 +5V에 완전히 도달한 것이므로, 이보다 작게 여유를 두고자 하는 경우, 저항 R2의 저항값을 저항 R3의 1.4배 이상으로 설정하면 된다.That is, the resistance of the resistor R2 is 1.4 times that of the resistor R3. Since this has completely reached the maximum voltage of the microcontroller +5V, if you want to leave a margin smaller than this, you can set the resistance value of the resistor R2 to be 1.4 times higher than that of the resistor R3.

예를 들어, 저항 R3는 10KΩ으로 설정하고, 저항 R2는 저항 R3의 1.5배인 15KΩ으로 설정할 수 있다. 이 경우, 입력전압이 +12V일 때, 마이크로컨트롤러 U2의 제1 아날로그 핀(AN0)으로 전달되는 전압은 하기 수학식의 값이 될 수 있다.For example, the resistor R3 can be set to 10KΩ, and the resistor R2 can be set to 15KΩ, which is 1.5 times the resistor R3. In this case, when the input voltage is +12V, the voltage transferred to the first analog pin AN0 of the microcontroller U2 may be the value of the following equation.

Figure 112020028070542-pat00005
Figure 112020028070542-pat00005

저항 R4 및 R5는 마이너스 전압을 마이크로컨트롤러가 인식 가능한 전압범위로 조정하는 것으로서, 인버터 회로의 출력이 -12V인 경우, 도 18의 (b)와 같이 나타낼 수 있다.The resistors R4 and R5 adjust the negative voltage to a voltage range recognizable by the microcontroller, and when the output of the inverter circuit is -12V, it can be represented as shown in FIG. 18(b).

제2 아날로그 핀(AN1)은 최소전압 0V가 되고, 만약 -12V가 상승하면, 제2 아날로그 핀(AN1)의 전압도 상승한다. 그래서, 제2 아날로그 핀(AN1)에 마이크로컨트롤러 U2의 최소전압 0V가 출력되려면, 저항 R4와 R5의 저항비는 하기 수학식과 같이 산출될 수 있다.The second analog pin AN1 becomes the minimum voltage of 0V, and if -12V rises, the voltage of the second analog pin AN1 also increases. Therefore, in order to output the minimum voltage 0V of the microcontroller U2 to the second analog pin AN1, the resistance ratio of the resistors R4 and R5 can be calculated as shown in the following equation.

Figure 112020028070542-pat00006
Figure 112020028070542-pat00006

전압의 여유범위를 감안하여, 저항 R4의 저항값은 저항 R5의 2.4배 이상으로 설정되어야 한다. 예를 들어, 저항 R5는 10KΩ으로 설정하고, 저항 R4는 저항 R5의 2.5배인 25KΩ으로 설정할 수 있다. 이 경우, 입력전압이 +12V일 때, 마이크로컨트롤러 U2의 제2 아날로그 핀(AN1)으로 전달되는 전압은 하기 수학식의 값이 될 수 있다.In consideration of the margin of voltage, the resistance value of resistor R4 should be set to be 2.4 times or more of resistor R5. For example, resistor R5 can be set to 10KΩ, and resistor R4 can be set to 25KΩ, which is 2.5 times the resistor R5. In this case, when the input voltage is +12V, the voltage transferred to the second analog pin AN1 of the microcontroller U2 may be the value of the following equation.

Figure 112020028070542-pat00007
Figure 112020028070542-pat00007

만약, 입력전압이 벅 소자 U1의 초기상태인 +0.6V인 경우, 제2 아날로그 핀(AN1)으로 전달되는 전압은 하기 수학식과 같이 산출될 수 있다.If the input voltage is +0.6V, which is the initial state of the buck element U1, the voltage transferred to the second analog pin AN1 may be calculated as shown in the following equation.

Figure 112020028070542-pat00008
Figure 112020028070542-pat00008

즉, 수학식 7 및 수학식 8의 전압값은 모두 마이크로컨트롤러의 전압범위를 만족한다.That is, both the voltage values of Equations 7 and 8 satisfy the voltage range of the microcontroller.

도 19는 도 17의 인버터 회로에서의 마이크로컨트롤러의 동작방법을 나타낸 흐름도이다.19 is a flowchart illustrating an operation method of the microcontroller in the inverter circuit of FIG.

우선, 마이크로컨트롤러는, 전원이 투입되어 리셋이 발생하면, 구비한 핀들을 설정한다. 즉, 마이크로컨트롤러는 각 핀을 입력포트 또는 출력포트로 설정하고, 각 핀의 초기값을 설정할 수 있다.First, the microcontroller sets the provided pins when the power is turned on and a reset occurs. That is, the microcontroller can set each pin as an input port or an output port, and set the initial value of each pin.

다음으로, 마이크로컨트롤러는, 벅 소자 U1의 출력전압이 미리 설정된 정상 전압값(예를 들어, 11V)까지 상승했는지 확인하기 위하여 제1 아날로그 핀(AN0)에 인가되는 전압의 아날로그 전압값을 디지털값으로 변환한다.Next, the microcontroller converts the analog voltage value of the voltage applied to the first analog pin AN0 to a digital value in order to check whether the output voltage of the buck element U1 has risen to a preset normal voltage value (eg, 11V). convert to

다음으로, 마이크로컨트롤러는, 제1 아날로그 핀(AN0)에 인가된 전압의 전압값이 미리 설정된 정상 전압값 이상인지 여부를 판단하고, 미리 설정된 정상 전압값 이상인 경우, 트랜지스터 Q1이 온 되도록, 제1 출력 핀(출력포트0)으로 1값을 출력한다.Next, the microcontroller determines whether the voltage value of the voltage applied to the first analog pin AN0 is equal to or greater than a preset normal voltage value, and when the voltage value is equal to or greater than the preset normal voltage value, the first transistor Q1 is turned on. Output 1 value to the output pin (output port 0).

다음으로, 마이크로컨트롤러는, 트랜지스터 Q1이 온 되는 시간과 인버터 회로로서의 동작이 안정화될 시간을 확보하기 위하여 시간을 지연한다. 예를 들어, 마이크로컨트롤러는 약 2ms 이상의 시간을 지연할 수 있다. 벅 소자 U1의 동작 주파수가 50kHz라고 가정하면, 2ms의 시간 지연은 충분하다. 만약, 시간 지연을 하지 않는 경우, 아직 인버터 회로가 안정화되지 않아 과전류 상태를 검출하여 회로를 차단하는 동작이 발생할 수 있다.Next, the microcontroller delays the time in order to secure the time when the transistor Q1 is turned on and the time when the operation as an inverter circuit is stabilized. For example, a microcontroller can delay a time of about 2 ms or more. Assuming that the operating frequency of the buck element U1 is 50 kHz, a time delay of 2 ms is sufficient. If the time delay is not performed, an operation of blocking the circuit by detecting an overcurrent state may occur because the inverter circuit is not yet stabilized.

다음으로, 마이크로컨트롤러는, 트랜지스터 Q1이 온 됨에 따라 인버터 회로로서 동작하는 상태이므로, 마이너스 전압의 상태를 확인하기 위하여 제2 아날로그 핀(AN1)에 인가되는 전압의 아날로그 전압값을 디지털값으로 변환한다.Next, since the microcontroller operates as an inverter circuit as the transistor Q1 is turned on, the analog voltage value of the voltage applied to the second analog pin AN1 is converted into a digital value in order to check the state of the negative voltage. .

다음으로, 마이크로컨트롤러는, 제2 아날로그 핀(AN1)에 인가된 전압의 전압값이 미리 설정된 마이너스 전압값(예를 들어, -11V) 이상인지 여부를 판단하고, 미리 설정된 마이너스 전압값 이상인 경우, 마이너스 전압을 사용하는 부하의 과전류로 인하여 전압이 상승한 것이므로, 트랜지스터 Q1이 오프 되어 마이너스 전압의 출력이 차단되도록, 제1 출력 핀(출력포트0)으로 0값을 출력한다.Next, the microcontroller determines whether or not the voltage value of the voltage applied to the second analog pin AN1 is greater than or equal to a preset negative voltage value (eg, -11V), and if greater than or equal to the preset negative voltage value, Since the voltage is increased due to the overcurrent of the load using the negative voltage, a value of 0 is output to the first output pin (output port 0) so that the transistor Q1 is turned off to block the output of the negative voltage.

다음으로, 마이크로컨트롤러는, 마이너스 전압의 출력을 차단한 것을 사용자에게 알리기 위하여, 발광 다이오드(LED1)가 온 되도록 제2 출력 핀(출력포트1)에 1값을 출력한다.Next, the microcontroller outputs a value of 1 to the second output pin (output port 1) so that the light emitting diode LED1 is turned on in order to inform the user that the output of the negative voltage is cut off.

이후, 마이크로컨트롤러는, 사용자에 의하여 스위치(SW1)가 온 되는지 여부를 판단하고, 스위치(SW1)가 온이 된 경우, 스위치(SW1)가 온 됨을 사용자에 알리기 위하여, 발광 다이오드(LED1)가 오프 되도록 제2 출력 핀(출력포트1)에 0값을 출력한다.Thereafter, the microcontroller determines whether the switch SW1 is turned on by the user, and when the switch SW1 is turned on, the light emitting diode LED1 is turned off to notify the user that the switch SW1 is turned on. A value of 0 is output to the second output pin (output port 1) as much as possible.

다음으로, 마이크로컨트롤러는, 스위치(SW1)에서 발생하는 채터링(chattering) 현상을 제거하기 위하여, 20-100ms 정도의 시간을 지연하는 디바운스(debounce)를 수행한다.Next, in order to remove the chattering phenomenon occurring in the switch SW1, the microcontroller performs debounce with a delay of about 20-100 ms.

다음으로, 마이크로컨트롤러는, 스위치(SW1)가 오프될 때까지 대기하다가, 스위치(SW1)가 오프되면, 다시 초기상태(1)로 진입한다.Next, the microcontroller waits until the switch SW1 is turned off, and then enters the initial state 1 again when the switch SW1 is turned off.

상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.The above-described embodiments of the present invention are disclosed for purposes of illustration, and various modifications, changes, and additions will be possible within the spirit and scope of the present invention by those skilled in the art having ordinary knowledge of the present invention, and such modifications, changes and additions should be regarded as belonging to the following claims.

Claims (7)

마이너스 전압의 전원을 생성하는 마이크로컨트롤러를 이용한 인버터에 있어서,
벅(Buck) 소자;
상기 벅 소자의 출력전압 핀에 일측이 연결되는 인덕터;
상기 출력전압 핀에 일측이 연결되는 제1 다이오드;
상기 인덕터의 타측과 플러스 극이 연결되는 제1 커패시터;
상기 인덕터의 타측과 상기 제1 커패시터의 플러스 극이 연결되어 형성되는 제1 접속점;
상기 벅 소자의 접지 핀, 상기 제1 다이오드의 타측 및 상기 제1 커패시터의 마이너스 극이 연결되어 형성되는 제2 접속점;
상기 제2 접속점에 일측이 연결되고, 타측이 접지와 연결되는 제2 다이오드;
상기 제1 접속점에 콜렉터(collector)가 연결되고, 에미터(emitter)가 접지에 연결되는 트랜지스터; 및
상기 트랜지스터의 베이스(base)와는 제1 출력 핀으로 연결되고, 상기 제1 접속점 및 상기 제2 접속점과는 각각 제1 입력 핀 및 제2 입력 핀으로 연결되는 마이크로컨트롤러를 포함하되,
상기 제1 다이오드는 상기 제2 접속점에서 상기 출력전압 핀으로의 방향이 순방향이 되도록 연결되고,
상기 제2 다이오드는 상기 제2 접속점에서 상기 접지로의 방향이 순방향이 되도록 연결되고,
상기 마이크로컨트롤러는, 상기 제1 접속점 및 상기 제2 접속점의 전압값에 따라 상기 제1 출력 핀을 통해 상기 트랜지스터의 스위칭을 제어하는 것을 특징으로 하는 마이크로컨트롤러를 이용한 인버터.
In an inverter using a microcontroller for generating a negative voltage power source,
Buck element;
an inductor having one end connected to an output voltage pin of the buck element;
a first diode having one end connected to the output voltage pin;
a first capacitor to which the other side of the inductor and a positive pole are connected;
a first connection point formed by connecting the other side of the inductor and the positive electrode of the first capacitor;
a second connection point formed by connecting a ground pin of the buck element, the other side of the first diode, and a negative pole of the first capacitor;
a second diode having one end connected to the second connection point and the other end connected to the ground;
a transistor having a collector connected to the first connection point and an emitter connected to ground; and
a microcontroller connected to the base of the transistor by a first output pin and connected to the first and second connection points by a first input pin and a second input pin, respectively;
the first diode is connected such that a direction from the second connection point to the output voltage pin is forward;
The second diode is connected so that the direction from the second connection point to the ground is forward;
wherein the microcontroller controls the switching of the transistor through the first output pin according to voltage values of the first connection point and the second connection point.
제1항에 있어서,
상기 마이크로컨트롤러를 이용한 인버터는,
상기 베이스와 상기 제1 출력 핀 사이에 연결되는 제1 저항;
상기 제1 접속점과 상기 제1 입력 핀 사이에 연결되는 제2 저항;
상기 제1 입력 핀에 일측이 연결되고, 타측이 접지에 연결되는 제3 저항;
상기 제2 접속점과 상기 제2 입력 핀 사이에 연결되는 제4 저항;
상기 제2 입력 핀에 일측이 연결되고, 타측이 전원에 연결되는 제5 저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로컨트롤러를 이용한 인버터.
According to claim 1,
Inverter using the microcontroller,
a first resistor coupled between the base and the first output pin;
a second resistor connected between the first connection point and the first input pin;
a third resistor having one end connected to the first input pin and the other end connected to the ground;
a fourth resistor connected between the second connection point and the second input pin;
The inverter using a microcontroller, characterized in that it further comprises a fifth resistor having one end connected to the second input pin and the other end connected to a power source.
제1항에 있어서,
상기 마이크로컨트롤러는, 상기 제1 접속점의 전압값이 미리 설정된 정상 전압값 이상이 되면, 상기 트랜지스터가 온 되어 상기 제1 접속점이 상기 접지와 연결되도록, 상기 제1 출력 핀으로 1값을 출력하는 것을 특징으로 하는 마이크로컨트롤러를 이용한 인버터.
According to claim 1,
When the voltage value of the first connection point is greater than or equal to a preset normal voltage value, the microcontroller outputs a value of 1 to the first output pin so that the transistor is turned on and the first connection point is connected to the ground. Inverter using a microcontroller.
제3항에 있어서,
상기 마이크로컨트롤러는, 상기 트랜지스터가 온이 되는 시간 및 인버터 회로 동작이 안정화되는 시간을 확보하기 위하여, 미리 설정된 시간만큼 시간지연을 수행하는 것을 특징으로 하는 마이크로컨트롤러를 이용한 인버터.
4. The method of claim 3,
The microcontroller is an inverter using a microcontroller, characterized in that the time delay is performed by a preset time in order to secure a time for which the transistor is turned on and a time for stabilizing the inverter circuit operation.
제4항에 있어서,
상기 마이크로컨트롤러는, 상기 제2 접속점의 전압값이 미리 설정된 마이너스 전압값 이상인 경우, 마이너스 전압을 사용하는 부하의 과전류로 인하여 전압이 상승하는 것을 막기 위하여, 상기 트랜지스터가 오프되어 마이너스 전압의 출력이 차단되도록, 상기 제1 출력 핀으로 0값을 출력하는 것을 특징으로 하는 마이크로컨트롤러를 이용한 인버터.
5. The method of claim 4,
The microcontroller, when the voltage value of the second connection point is equal to or greater than a preset negative voltage value, the transistor is turned off to block the output of the negative voltage in order to prevent the voltage from rising due to the overcurrent of the load using the negative voltage. Inverter using a microcontroller, characterized in that outputting a value of 0 to the first output pin as much as possible.
제1항에 있어서,
상기 마이크로컨트롤러를 이용한 인버터는,
상기 마이크로컨트롤러의 제2 출력 핀에 직렬로 연결되는 발광 다이오드, 제6 저항 및 접지;
상기 마이크로컨트롤러의 제3 입력 핀에 직렬로 연결되는 스위치 및 접지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로컨트롤러를 이용한 인버터.
According to claim 1,
Inverter using the microcontroller,
a light emitting diode connected in series to a second output pin of the microcontroller, a sixth resistor and ground;
Inverter using a microcontroller, characterized in that it further comprises a switch and ground connected in series to the third input pin of the microcontroller.
제6항에 있어서,
상기 마이크로컨트롤러는,
상기 제2 접속점의 전압값이 미리 설정된 마이너스 전압값 이상인 경우, 마이너스 전압의 출력의 차단을 알리기 위하여, 상기 발광 다이오드가 온 되도록 상기 제2 출력 핀으로 1값을 출력하고,
상기 스위치가 온이 된 경우, 상기 스위치가 온 됨을 알리기 위하여, 상기 발광 다이오드가 오프 되도록 상기 제2 출력 핀으로 0값을 출력하는 것을 특징으로 하는 마이크로컨트롤러를 이용한 인버터.


7. The method of claim 6,
The microcontroller is
When the voltage value of the second connection point is equal to or greater than a preset negative voltage value, a value of 1 is outputted to the second output pin so that the light emitting diode is turned on in order to inform that the output of the negative voltage is cut off,
Inverter using a microcontroller, characterized in that when the switch is on, outputting a value of 0 to the second output pin so that the light emitting diode is turned off in order to inform that the switch is on.


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* Cited by examiner, † Cited by third party
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마이크로컨트롤러를 이용한 IT 기기용 마이너스 전압 생성의 안정화에 관한 연구(이현창, 공주대학교 정보통신학부)(2021.06.28.) - 융합정보논문지 Volume 11 Issue 6 페이지 7-13

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